流体力学基础

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1、第二章工程流体力学1.绪论1.1流体力学的研究对象与方法①流体的准确定义②内容：流体静止（平衡）及运动时的规律及在工程上的应用。流体力学的基础理论三大部分组成：流体静力学(fluidstatics)；流体运动学(kinematics)；流体动力学(fluiddynamics)。具有高度智慧的人类为了揭开流动奥秘，建立了流体力学学科。地球表面水和空气的运动是气象、水文、水利、环保、农业、航空、航海、渔业、国防等部门研究的对象。航空、航天、造船、机械、动力、冶金、化工、石油、建筑等部门设备中的工作介质都是流体，改进流程，提

2、高效率，需要流体力学知识。托里拆利阿基米德周培源茹科夫斯基③研究方法a.理论分析方法：建立模型→推导方程→→求解方程→解释结果b.实验方法：相似理论→模型试验→→测量→数据分析C.数值分析方法：有限差分法有限元法边界元法谱分析等1.2流体的主要物理性质1.2.1流体的密度与重度（或：质量与重量,惯性与重力特性）质量：表征惯性，物体维持原有运动状态的性质，可导致流体做紊流运动。(1)密度ρ：①定义均质体kg/m3②点（非均质体）kg/m3平均（非均质体）kg/m3（2）重度①定义均质体N/m3②点N/m3非均质体平均N/

3、m3（3）密度与重度的关系N/m3（4）比容：m3/kg（5）比重S：气体的比重只能参照定义，尚无统一规定。1.2.2流体的粘性和牛顿内摩擦定律1.流体的粘性粘性是流体抵抗剪切变形的一种属性。由流体的力学特点可知，静止流体不能承受剪切力，即在任何微小切应力的持续作用下，流体要发生连续不断地变形。但不同的流体在相同的切应力作用下其变形速度是不同的，它反映了抵抗剪切变形能力的差别，这种能力就是流体的粘性。流体的粘性实验StationaryPlateA=Aream2A=Aream2X=DistanceF=Force(dyne

4、s)MoveablePlateV=Velocity142.牛顿粘性定律写成等式为式中F—流体层接触面上的粘性作用力，N；A—粘性力的作用面积，m2；du/dy—垂直于流动方向上的速度梯度，1/s；μ—动力粘度，Pa·s。15流层间单位面积上的粘滞力称为粘性应力，则式中τ—粘性应力，Pa。在流体力学中还常引用动力粘度与密度的比值，称为运动粘度用符号ν表示，即式中ν—运动粘度，m2/s。牛顿流体与非牛顿流体恩氏粘度定义：t:在测定温度下，200ml被测液从恩氏粘度计流出所需的时间，s；t0:指20℃时200ml蒸馏水从恩氏

5、粘度计流出所需时间（平均值为51秒）当>2时cm2/s173.影响粘性的因素压强和温度4.理想流体的假设粘性系数等于零的流体，即不具有粘性的流体为理想流体5.粘度的测量管流法落球法旋转法泄流法等工业粘度计：-恩格勒(Engler)粘度计-Redwood粘度计-美国采用Saybolt粘度计一些粘度测试方法19例　　题【例1-1】一平板距另一固定平板δ=0.5mm，二板水平放置，其间充满流体，上板在单位面积上为τ=2N/m2的力作用下，以u=0.25m/s的速度移动，求该流体的动力黏度。【解】由牛顿粘性定律由于两平板间隙很

6、小，速度分布可认为是线性分布，可用增量来表示微分（Pa·s）20【例1-2】长度L=1m，直径d=200mm水平放置的圆柱体，置于内径D=206mm的圆管中以u=1m/s的速度移动，已知间隙中油液的相对密度为d=0.92，运动粘度ν=5.6×10-4m2/s，求所需拉力F为多少？【解】间隙中油的密度为动力粘度为（kg/m3）（Pa·s）21由牛顿粘性定律由于间隙很小，速度可认为是线性分布（N）1.2.3流体的压缩性和膨胀性（1）流体的膨胀性在一定的压强下，流体在温度改变时其体积和密度相应改变的性质称为流体的热膨胀性。流

7、体膨胀性的大小用体积膨胀系数来表示，它表示当压强不变时，升高一个单位温度所引起流体体积的相对增加量，即式中—流体的热膨胀系数，1/℃，1/K；23水的体积膨胀系数（1/℃）P一定,温度升高,体积膨胀系数增大。T一定,压强增大,体积膨胀系数亦随之增大。24（2）流体的压缩性在一定的温度下，流体在外力作用下，其体积和密度可以改变的性质称为流体的压缩性。式中—流体的体积压缩系数，m2/N；—流体压强的增加量，Pa；—原有流体的体积，m3；—流体体积的增加量，m3。25对于完全气体，其密度与温度和压强的关系可用热力学中的状态方

8、程表示，即式中—气体的绝对压强，Pa；—气体的密度，kg/m3；—热力学温度，K；—气体常数，J/(kg·K)。26在工程上，不同压强和温度下气体的密度可按下式计算：式中为标准状态(0℃,101325Pa)下某种气体的密度。如空气的＝1.293kg/m3；烟气的＝1.34kg/m3。为在温度t℃、压强N/㎡下，某种气体的密度。1.